轧机机架的动态特性仿真与结构优化

应用有限元分析方法,对某铝带二辊轧机机架装配系统进行了动态特性仿真,得出了固有频率和振型的变化规律.针对轧机机架的薄弱环节,通过参数化方法进行灵敏度分析和结构优化设计,使系统的动态特性得到提高,该结论为高性能轧机的设计优化,提供了一定的参考.     

螺栓连接纵向安装边机匣的有限元分析与优化

针对航空发动机螺栓连接纵向安装边机匣的结构特点,运用有限元优化设计方法,建立了螺栓连接纵向安装边机匣的有限元计算模型,利用有限元软件进行了应力分析与模态分析,获得了螺栓连接纵向安装边机匣的最大等效应力和前4阶固有频率以及相应的振型,并对纵向安装边的几何参数进行了应力灵敏度分析和动态特性灵敏度分析。在此基础之上,确定了纵向安装边主要设计参数的变化对结构最大等效应力和低阶固有频率的影响规律。通过修改设计参数对螺栓连接纵向安装边机匣结构进行优化,提高了结构强度和动态性能,为螺栓连接带纵向安装边机匣设计提供了依据。     

基于灵敏度分析的自卸车车架优化设计

建立了某自卸车车架有限元模型,通过模态试验和模态有限元分析,得出了车架固有频率,并且验证了该模型的准确性和合理性。依据车架结构的灵敏度分析结果来选择设计变量,在保证车架低阶模态频率的前提下,以车架轻量化为目标优化车架构件厚度,实现了车架质量8.0%的降低幅度;在控制车架质量的条件下,以提高车架低阶模态频率为目标,实现了车架结构的低阶模态频率和动态性能的提高。为自卸车车架结构优化设计提供依据。     

某轿车白车身结构灵敏度分析及优化设计

以某轿车白车身为研究对象,建立有限元模型,对车身进行动、静态灵敏度分析,以车身结构件的板厚为设计变量,进行车身固有频率、车身扭转和弯曲刚度,以及车身质量对板厚的灵敏度分析,找出对车身动、静态特性影响较大的部件,并根据部件的动、静态灵敏度对车身结构进行优化设计;计算车身质量对其固有频率、扭转和弯曲刚度的贡献率,据此确定最优方案.该方法能够为车身结构动态特性的改进、车身的轻量化和车身结构的优化设计提供重要依据.     

基于有限元法的数控车床主轴系统频率可靠性分析

基于有限元法参数化建立主轴系统三维有限元模型,将轴承简化为弹性支撑.考虑皮带轮和卡盘的影响,对整个主轴系统进行模态分析,得到主轴系统的前八阶固有频率及固有振型.进行临界转速分析,将工作转速与非零最低阶频率对应的转速进行比较,验证主轴设计的合理性.利用ISIGHT集成ANSYS进行正交试验设计并计算非零最低阶固有频率,将有公差范围要求的轴段的直径和长度以及基本物理参数作为随机变量,采用BP神经网络拟合主轴系统非零最低阶固有频率与随机变量之间的关系.利用一次二阶矩法计算主轴系统在特定转速下的可靠度并求解各随机参数的可靠性灵敏度.     

采煤机截割部扭矩轴的动态可靠性分析

考虑结构和材料等随机参数对零件动态可靠性的影响,避免轴系产生共振,利用Workbench软件建立扭矩轴参数化有限元模型.用模态分析法求解前六阶固有频率和临界转速,并与传递矩阵法比较,证明了结构和转速设计的合理性.结合谐响应分析,说明共振失效应考虑一阶固有频率.通过响应面设计和拉丁超立方抽样法完成对扭矩轴结构、材料参数的抽样,运用BP神经网络拟合一阶固有频率的功能函数,并求解随机参数的可靠性灵敏度.采用一次二阶矩法(FOSM)计算轴在特定转速下的可靠度,并用Monte-Carlo模拟法(MCS)进行了验证,说明转速设计较为可靠.通过灵敏度分析,明确了对扭矩轴动态可靠性影响最大的因素,为轴的稳健优化设计奠定基础.     

高速并联机械手静动态特性分析及优化设计

以一种可实现选择顺应性装配机器手臂(SCARA)运动的4自由度高速并联机械手(以下简称Cross-IV机械手)为研究对象,将运动学理论与有限元分析相融合,提出一种全域参数化有限元模型的建模策略和结构参数的优化设计方法.首先以运动学逆解分析为基础,利用有限元软件Ansys的编程语言(APDL)实现机械手在位姿、尺寸和结构参数变化时整机有限元模型的快速创建;然后利用参数化有限元模型提出一种分析整机系统全域静刚度和低阶固有频率分布规律的循环建模策略,进而获得全域内性能最差位形.最后定义一种评价机械手机构动态特性的性能指标,以一组尺度参数为例,利用正交试验,深入分析结构参数对系统动态性能的影响,进而综合得到一组最优结构参数.     

基于概念设计的客车车身结构设计与优化系统

针对客车车身结构概念设计的特点，开发了客车车身结构概念设计与优化系统（简称BCD），建立了参数化的客车车身结构概念模型.以该模型为模板，实现了新客车车身结构概念几何模型的创建和车身尺寸参数调整，同时建立了车身系统的静态刚度分析、低阶模态分析、灵敏度计算和优化设计计算的自动化过程，对车身的结构性能和低阶模态进行了有效的预估.最后，本文使用该系统计算了某客车车身结构的刚度和低阶模态，并在保证车身质量降低的情况下实现了刚度和低阶模态的提高，有效的改善该车身结构性能，实现了车身轻量化，验证了BCD系统的有效性和可靠性.     

大型紧缩场扫描架旋臂结构及动态性能分析

针对扫描架典型件旋臂的机械结构特点、载荷状态及允许变形角度等,结合大型紧缩场性能检测系统工作原理和方法,从工程实际出发,对大型扫描架结构关键件旋臂进行结构参数对平面度影响的灵敏度分析和结构动态性能分析等,得到旋臂的各阶固有频率和振型,为动力修改和再设计提供理论依据.综合分析得知,提高旋臂结构的比刚度并回避低阶共振,可达到要求的测试精度.     

基于灵敏度分析和APDL的塔机结构动态优化设计

在塔机静态分析和模态分析的基础上,为改善结构的动态性能,将优化设计、有限元法和灵敏度分析相结合,以影响塔机动态性能的关键模态频率第一、二阶频率为优化目标,以强度、刚度和稳定性等为约束,通过动态灵敏度分析确定了对优化目标影响较大的构件截面尺寸参数作为设计变量,应用有限元分析软件ANSYS的参数化设计语言APDL和优化模块实现了塔机的结构动态优化设计,优化实例表明结构的动态性能明显提高.     

双横臂式独立悬架下摆臂的轻量化设计

针对双横臂式独立悬架下摆臂的结构优化问题,提出一种基于刚度和质量灵敏度分析的参数化优化方法。通过Hyper Mesh建立下摆臂有限元模型,选取4种极限工况对下摆臂进行强度分析和自由模态的仿真分析。选择关于下摆臂刚度及质量的灵敏度相关性较高的零件作为优化设计变量,下摆臂质量最小化为设计目标函数,强度性能为约束条件进行轻量化设计。仿真结果表明,优化后的摆臂模型,其刚度及模态性能得到保证的前提下,悬架下摆臂结构总成质量减轻23.6%。     

附件驱动系统固有频率灵敏度的计算分析

为了对附件驱动系统的动态特性进行优化设计,利用坐标变换,以稳态为参考状态,对附件驱动系统非线性模型进行了线性化处理,并利用复模态分析法推导出了固有频率对设计参数的灵敏度分析式.线性化处理前后模型的计算结果证明,利用线性模型对系统动态特性进行分析是可行的.文中还分析了张紧器参数(张紧器刚度、张紧器安装角、张紧臂长)与系统一阶固有频率的关系,结果表明:一阶固有频率对不同的张紧器参数和相同张紧器参数的不同取值的敏感度是不同的；在张紧器的3个设计参数中,一阶固有频率对张紧臂长的变化最敏感,通过改变张紧臂长来达到降低一阶固有频率的目的是最为有效的方法.     

烟叶分拣装置机架振动特性分析及优化

为分析烟叶分拣装置中机架的振动特性,利用Workbench软件对机架进行了模态分析,提取了1~4阶机架固有频率和振型,以提高低阶固有频率和降低低阶振型模态位移为目标,优化了机架结构。仿真结果表明:支架梁的壁厚由3 mm增至5 mm,分拣装置的1阶模态固有频率由55.179Hz提高到66.641Hz,机架1阶振型位移由155.95 mm下降至109.1 mm,2阶横振型位移由176.53 mm下降至146.73 mm,提高了机架低阶固有频率,降低了低阶振型位移。该研究为烟叶分拣装置的减振设计提供了参考。     

基于灵敏度分析的车门轻量化研究

利用Hyperworks建立某车型车门的有限元模型,对车门固有频率、下沉刚度进行求解,并通过模态试验验证了有限元模型的有效性。为了提高结构优化效率,采用灵敏度分析方法确定对车门质量、下沉刚度和一阶固有频率敏感的部件。然后,以质量和下沉刚度为设计目标,一阶固有频率为约束条件对车门相应部件厚度尺寸进行多目标优化设计。计算结果显示,优化后的车门质量下降明显,下沉刚度有所提高,且一阶固有频率基本保持不变,实现了结构的轻量化目标。     

大型摊铺机车架的力学特性分析与结构优化设计

首先,基于大型摊铺机车架刚度和强度设计方法,建立大型摊铺机车架的有限元模型.然后,通过模态仿真计算与模态分析得到车架的前10阶固有频率及主要振型,并通过模态实验验证了有限元模型的正确性.最后,提出动静力学特性相结合的综合结构设计方法:以动态刚度为目标函数,通过相对灵敏度分析确定车架刚度薄弱部分,利用拓扑优化手段实现摊铺机车架局部形状的改变及加强筋的布置,以提高车架刚度;结合静力学特性,分析摊铺机车架在静置情况下的应力分布及变形情况,以校验其性能可靠性,最终完成车架结构优化设计.对优化后的车架进行仿真分析,结果表明,优化后车架第1阶和第2阶固有频率明显提高,同时车架质量减少了3%.     

基于结合面的机床摄动分析及优化设计

从简单结构的动力学本构出发,采用撮动理论对基于结合面的机床整机动力学特性进行了分析,指出了结合面的参数变化对整体质量、刚度和阻尼矩阵的影响.通过对比摄动前后刚度和阻尼矩阵的变化,阐述了在整体刚度矩阵摄动下机床动态性能的变化规律,并对动梁式龙门机床进行了特征值的灵敏度分析和定量化动态优化设计,指出了4个结合面刚度对机床固有频率的影响程度,获得了将机床第1阶固有频率从29 Hz提高到35 Hz所需的导轨结合面的确定刚度值.有限元仿真结果表明,特征值一阶摄动法的误差在5%以内,从而为机床结合面的定量化设计提供了理论依据.     

结构有限元模型的局部修正方法及应用

给出了一种结构有限元模型的局部修正方法，首先对具有误差的子结构有限元模型修正，即以质量矩阵和低阶实验固有频率为基础对其实测振型作正交性修正，用实验模态参数，依建模简化情况下对其简化部分刚度矩阵作局部修正。     

基于MSC.Nastran的全尺寸无人机动态特性有限元分析

以某型无人机研制为背景,利用MSC.Patran建立了全尺寸无人机有限元模型,调整结构质量特性使其与设计参数一致,利用MSC.Nastran计算全机模态,得到全机的固有频率和振型。结果分析表明：采用高模量的碳纤维复合材料结构对于提高机翼、尾翼刚度和改善飞机性能具有重要作用。为无人机全机结构动态特性试验和设计提供了依据。     

玄武岩纤维树脂混凝土填充结构机床横梁优化及性能分析

为探索提高机床基础件静动态性能和轻量化新途径,选取桥式龙门加工中心的移动横梁为研究原型.在满足刚度要求和轻量化条件下,初步设计了玄武岩纤维树脂混凝土(BFPC)填充结构横梁.以填充结构横梁外壳厚度为设计变量,通过响应面法分析变量对所设计横梁的质量、最大静应力等的影响,将原型横梁的最大应力和最大应变作为约束条件,填充结构横梁的前两阶固有频率最大、响应幅值最小及质量最轻为多目标函数对其进行优化设计.通过仿真分析方法对优化前后的填充结构横梁和原型横梁的静动态性能及质量进行对比分析.研究结果表明:BFPC填充结构横梁静动态性能得到明显改善的同时,其质量减轻7.11%.综合利用模型实验和有限元仿真方法对BFPC填充结构横梁自由模态进行对比分析,进一步证明了其在提高机床基础件以及整机静动态性能方面的有效性.     

水泥混凝土输送泵车结构优化设计

应用有限元法和灵敏度分析法,按照高刚度、轻质量的原则,选取泵车上35个参数作为设计变量,建立了以应力、刚度和一阶频率为性能约束,以质量最小为优化目标函数的优化模型,进行了基于灵敏度比方法的泵车结构动态优化设计,得出切合实际的优化设计方案。其中,用灵敏度比来优选设计变量的方法为优化理论的研究及其他机构的优化设计提供了新思路。